حسگر جدید ST برای پایش هوشمند داخل کابین خودرو

شرکت STMicroelectronics حسگر تصویری جدیدی با نام SafeSense VD56GA را برای پایش داخل کابین خودرو معرفی کرده است. این حسگر برای کاربردهایی مانند تشخیص حضور سرنشین، بررسی وضعیت صندلی کودک، پایش توجه راننده و تشخیص حرکات داخل کابین طراحی شده است. محصول جدید یک حسگر ۱.۱ مگاپیکسلی است و نسبت به نسل قبلی بهبودهایی در وضوح نوری، حساسیت فروسرخ و قابلیت‌های پردازش داخلی دارد. هدف ST این است که سامانه‌های حسگری پیشرفته با هزینه و اندازهٔ مناسب، در خودروهای بیشتری به کار گرفته شوند و فقط به مدل‌های لوکس محدود نمانند.

چرا پایش داخل کابین مهم شده است؟

با افزایش قابلیت‌های کمک‌راننده، خودرو باید بداند راننده در چه وضعیتی قرار دارد و آیا می‌تواند در زمان لازم کنترل را به دست بگیرد. دوربین داخل کابین می‌تواند جهت نگاه، وضعیت سر و حضور دست‌ها را تحلیل کند. در صندلی عقب نیز حسگر می‌تواند حضور کودک یا حیوان را پس از خاموش شدن خودرو تشخیص دهد. این اطلاعات برای هشدار ایمنی و کاهش خطر مفید است، اما باید با دقت و حفاظت از حریم خصوصی همراه شود. سامانه نباید هر حرکت عادی را به‌عنوان رفتار خطرناک تعبیر کند و خودرو باید پیام را به‌صورت قابل فهم نمایش دهد.

نور داخل کابین در طول روز ثابت نیست. نور خورشید از شیشهٔ جانبی، تاریکی شب، چراغ خیابان، لباس‌های تیره و سایهٔ صندلی می‌توانند تصویر را تغییر دهند. دوربین رنگی در نور کم به زمان نوردهی بیشتری نیاز دارد و احتمال تاری حرکتی بالا می‌رود. حسگر فروسرخ می‌تواند بدون نور مرئی دادهٔ بیشتری جمع کند و برای شب مناسب‌تر باشد. SafeSense با تمرکز بر حساسیت فروسرخ می‌کوشد کیفیت تشخیص را در همین شرایط بهبود دهد. با این حال، کیفیت نهایی به لنز، جای نصب، الگوریتم و طراحی کل سامانه نیز وابسته است.

بهبود وضوح و حساسیت

ST می‌گوید VD56GA حدود ۳۵ درصد وضوح ساختاری یا MTF بالاتری دارد و حساسیت فروسرخ و بازده کوانتومی آن نزدیک به ۶۰ درصد افزایش یافته است. MTF نشان می‌دهد حسگر تا چه اندازه می‌تواند جزئیات و لبه‌ها را از هم تفکیک کند. در پایش چشم و چهره، وضوح بیشتر به الگوریتم کمک می‌کند جای چشم، جهت نگاه یا حالت سر را دقیق‌تر پیدا کند. حساسیت بالاتر نیز به معنی دریافت سیگنال بیشتر از نور فروسرخ در شرایط کم‌نور است. این اعداد در مقایسهٔ آزمایشگاهی معنا دارند و عملکرد واقعی به لنز و نور محیط بستگی خواهد داشت.

حسگر از پیکسل‌های BSI با فناوری DeepNIR استفاده می‌کند. در ساختار BSI، مسیر ورود نور به بخش حساس پیکسل کوتاه‌تر می‌شود و بخشی از موانع مدار از مسیر نور کنار می‌رود. نتیجه می‌تواند جذب نور بهتر و نویز کمتر باشد. در نور فروسرخ، طراحی پیکسل و فیلتر اهمیت ویژه دارد، زیرا سیگنال دریافتی نسبت به نور روز ضعیف‌تر است. افزایش حساسیت به تولید تصویر روشن‌تر کمک می‌کند، اما الگوریتم باید مراقب اشباع نور و بازتاب شیشه یا پوست نیز باشد. پردازش تصویر و کالیبراسیون باید در کنار سخت‌افزار تنظیم شوند.

پردازش‌های داخلی

VD56GA قابلیت‌هایی مانند کالیبراسیون آینه، برش تصویر، کالیبراسیون تاریکی، نوردهی خودکار و تبدیل دامنهٔ خطی به قطعه‌ای را در خود جای داده است. این قابلیت‌ها بخشی از پردازش مقدماتی را به حسگر نزدیک می‌کنند. کالیبراسیون آینه می‌تواند اختلاف روشنایی در نقاط مختلف تصویر را اصلاح کند و کالیبراسیون تاریکی اثر سیگنال پایه و نویز را کاهش دهد. برش داخلی نیز اجازه می‌دهد فقط بخش مورد نیاز برای الگوریتم ارسال شود و پهنای باند پایین بیاید. در خودرو، کاهش داده و تأخیر به طراحی کوچک‌تر و مصرف توان کمتر کمک می‌کند.

حسگر می‌تواند خروجی RAW و YUV ارائه دهد. RAW اطلاعات خام‌تری در اختیار پردازنده می‌گذارد و برای الگوریتم‌هایی که کنترل کامل روی تصویر می‌خواهند مفید است. YUV آماده‌تر است و می‌تواند برای زنجیرهٔ نرم‌افزاری ساده‌تر یا ارسال تصویر به ماژول بعدی استفاده شود. انتخاب خروجی به سطح پردازش خودرو، پهنای باند و نیاز سازنده بستگی دارد. اگر پردازش داخل حسگر کافی باشد، رایانهٔ اصلی خودرو سبک‌تر می‌شود؛ اگر الگوریتم پیچیده باشد، دادهٔ خام برای تحلیل دقیق‌تر لازم خواهد بود.

اندازه و تولید

بسته‌بندی CSP حسگر حدود ۳.۷ در ۳.۲ میلی‌متر است. اندازهٔ کوچک‌تر آزادی بیشتری برای جای‌گذاری پشت فرمان، روی ستون یا در کنسول سقفی ایجاد می‌کند. طراح خودرو می‌تواند حسگر را پشت پوشش یا نزدیک آینه نصب کند، بدون اینکه ظاهر کابین تغییر زیادی کند. هرچه فاصلهٔ حسگر با نقطهٔ هدف دقیق‌تر تعیین شود، میدان دید و تشخیص بهتر می‌شود. بسته‌بندی همچنین باید در برابر تغییر دما، لرزش و چرخهٔ طولانی عمر خودرو مقاوم باشد. قطعهٔ خودرویی معمولاً باید سال‌ها در شرایط سخت کار کند و تعمیر آن ساده نباشد.

ST نمونه‌های VD56GA را در اختیار مشتریان قرار داده و انتظار دارد حجم بازار حسگرهای داخل کابین تا سال ۲۰۳۱ به بیش از ۷۰ میلیون واحد برسد؛ این برآورد به صنعت و میزان پذیرش خودروسازان وابسته است. تولید تراشه در بخش جلویی در Crolles فرانسه انجام می‌شود و بسته‌بندی در آسیا ادامه پیدا می‌کند. زنجیرهٔ تولید چندمنطقه‌ای می‌تواند ظرفیت و دسترسی را بهتر کند، اما نیازمند هماهنگی کیفیت، حمل‌ونقل و برنامهٔ عرضه است. خودروساز باید مطمئن باشد حسگر در سال‌های تولید مدل خودرو در دسترس می‌ماند.

حریم خصوصی داخل خودرو

دوربین کابین با داده‌ای سروکار دارد که مستقیماً به افراد مربوط است. تصویر چهره، نگاه و حضور کودک نباید بی‌دلیل خارج از خودرو ارسال یا برای مدت نامحدود ذخیره شود. یک طراحی محرمانه می‌تواند پردازش را داخل خودرو انجام دهد و فقط نتیجه‌ای مانند «راننده به جاده نگاه نمی‌کند» یا «سرنشین عقب شناسایی شد» را منتقل کند. تولیدکننده باید نشان دهد چه داده‌ای ثبت می‌شود، چه کسی به آن دسترسی دارد و آیا برای آموزش الگوریتم استفاده می‌شود. خاموش کردن یا محدود کردن بعضی قابلیت‌ها نیز باید برای کاربر روشن باشد.

حریم خصوصی نباید ایمنی را بهانه‌ای برای جمع‌آوری بی‌حدوحصر کند. سامانه می‌تواند دادهٔ حداقلی لازم را بگیرد و پس از تولید هشدار تصویر را حذف کند. در عین حال، برای بررسی حادثه ممکن است ثبت محدود رویداد لازم باشد. مدت نگه‌داری، رمزگذاری و دسترسی سرویس‌کار باید در طراحی مشخص شود. اگر خودرو به ابر متصل باشد، مسیر انتقال و هویت سرویس نیز اهمیت پیدا می‌کند. اعتماد خریدار در زمانی حفظ می‌شود که شرکت میان ایمنی، شفافیت و کنترل کاربر تعادل ایجاد کند.

کاربرد در خودروهای آینده

پایش داخل کابین با خودروهای خودران اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. اگر سامانهٔ رانندگی در بخشی از مسیر فعال باشد، باید بداند راننده آمادهٔ تحویل کنترل هست یا نه. دوربین می‌تواند علاوه بر نگاه، وضعیت دست، سر و توجه را تحلیل کند. اما تصمیم ایمنی نباید بر یک فریم یا یک نشانهٔ منفرد متکی باشد. دادهٔ حسگر باید با سرعت خودرو، نوع جاده و وضعیت سامانهٔ کمک‌راننده ترکیب شود. هشدارهای مرحله‌ای می‌تواند ابتدا توجه راننده را جلب کند و تنها در صورت ادامهٔ وضعیت، اقدام محافظتی انجام دهد.

SafeSense VD56GA تلاش می‌کند این نیاز را با حسگری کوچک، حساسیت فروسرخ بالاتر و پردازش داخلی پاسخ دهد. موفقیت محصول به عبور از آزمایشگاه و رسیدن به تولید خودرو وابسته است. خودروسازان عملکرد آن را در کابین‌های متفاوت، رانندگان با ویژگی‌های مختلف، نور شب و شرایط آب‌وهوایی آزمایش خواهند کرد. اگر دقت و هزینه با نیاز بازار هماهنگ شود، حسگرهای داخل کابین می‌توانند به تجهیزی عادی در خودروهای میان‌رده تبدیل شوند. این تحول هم ایمنی را بهتر می‌کند و هم مسئولیت تازه‌ای برای حفاظت از دادهٔ سرنشینان ایجاد خواهد کرد.

تاریخ انتشار: ۲۴ شهریور ۱۴۰۵

منبع: STMicroelectronics